Електрорушійна сила вимірюється в вольтах. Електрорушійна сила

В одній з минулих тем (умови існування електричного струму) вже порушувалося питання про необхідність джерела живлення для тривалого підтримання існування електричного струму. Сам по собі ток, звичайно ж, можна отримувати і без таких джерел живлення. Наприклад, розрядка конденсатора при спалаху фотоапарата. Але такий струм буде занадто швидкоплинним (рис. 1).

Рис. 1. Короткочасний струм при взаємній розрядці двох різнойменно заряджених електроскопом ()

Кулонівські сили завжди прагнуть звести різнойменні заряди, вирівнявши тим самим потенціали по всьому ланцюгу. А, як відомо, для наявності поля і струму необхідна різниця потенціалів. Тому ніяк не можна обійтися без будь-яких інших сил, розвідних заряди і підтримують різниця потенціалів.

Визначення. Сторонні сили - сили неелектричних походження, спрямовані на розведення зарядів.

Ці сили можуть бути різної природи в залежності від типу джерела. У батареях вони хімічного походження, в електрогенераторах - магнітного. Вони-то і забезпечують існування струму, так як робота електричних сил по замкнутому контуру завжди дорівнює нулю.

Друге завдання джерел енергії, крім підтримки різниці потенціалів, - це заповнення втрат енергії на зіткненні електронів з іншими частинками, внаслідок чого перші втрачають кінетичну енергію, а внутрішня енергія провідника підвищується.

Сторонні сили всередині джерела виконують роботу проти електричних сил, розводячи заряди в сторони, протилежні їх природному ходу (як вони рухаються у зовнішній ланцюга) (рис. 2).

Рис. 2. Схема дії сторонніх сил

Аналогом дії джерела живлення можна вважати водяний насос, який пускає воду проти її природного ходу (від низу до верху, в квартири). Зворотно ж вода природним чином під дією сили тяжіння спускається вниз, але для безперервної роботи водопостачання квартири необхідна безперервна робота насоса.

Визначення. Електрорушійна сила - відношення роботи сторонніх сил по переміщенню заряду до величини цього заряду. Позначення -:

Одиниця виміру:

Вставка. ЕРС розімкнутої і замкнутої ланцюга

Розглянемо наступну ланцюг (рис. 3):

Рис. 3.

При розімкнутому ключі і ідеальному вольтметрі (опір нескінченно велике) ніякого струму в ланцюзі не буде, і всередині гальванічного елемента буде відбуватися тільки робота з розділення зарядів. В цьому випадку вольтметр покаже значення ЕРС.

При замиканні ключа по ланцюгу піде струм, і вольтметр вже не буде показувати значення ЕРС, він буде показувати значення напруги, такого ж, як на кінцях резистора. При замкнутому контурі:

Тут: - напруга на зовнішньому ланцюзі (на навантаженні і підвідних проводах); - напруга всередині гальванічного елемента.

На наступному уроці ми вивчимо закон Ома для повного кола.

Список літератури

1. Тихомирова С.А., Яворський Б.М. фізика ( базовий рівень) - М .: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. - М .: Ілекса, 2005.
3. Мякішев Г.Я., Синяков А.З., Слобідська Б.А. Фізика. Електродинаміка. - М .: 2010 року.

1. ens.tpu.ru ().
2. physbook.ru ().
3. electrodynamics.narod.ru ().

Домашнє завдання

1. Що таке сторонні сили, яка їх природа?
2. Як пов'язано напруга на розімкнутих полюсах джерела струму з його ЕРС?
3. Як перетворюється і передається енергія в замкненого кола?
4. * ЕРС батарейки ліхтарика - 4,5 В. Чи буде від цієї батарейки горіти з повним напруженням лампочка, розрахована на 4,5 В? Чому?

\u003e\u003e Фізика: Електрорушійна сила

Будь-яке джерело струму характеризується електрорушійної силою, або, скорочено, ЕРС. Так, на круглій батарейці для кишенькового ліхтарика написано: 1,5 В. Що це означає?
З'єднайте провідником два металеві кульки, які несуть заряди протилежних знаків. Під впливом електричного поля цих зарядів в провіднику виникає електричний струм (ріс.15.7). Але цей струм буде дуже короткочасним. Заряди швидко нейтралізують один одного, потенціали кульок стануть однаковими, і електричне поле зникне.
Сторонні сили. Для того щоб струм був постійним, треба підтримувати постійна напруга між кульками. Для цього необхідно пристрій ( джерело струму), Яке носило б заряди від однієї кульки до іншого в напрямку, протилежному напрямку сил, що діють на ці заряди з боку електричного поля кульок. В такому влаштуванні на заряди, крім електричних сил, повинні діяти сили неелектростатіческого походження ( ріс.15.8). Одне лише електричне поле заряджених частинок ( кулоновское поле) Не здатна підтримувати постійний струм в ланцюзі.

Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження (т. Е. Кулоновских), називають сторонніми силами.
Висновок про необхідність сторонніх сил для підтримки постійного струму в ланцюзі стане ще більш очевидною, якщо звернутися до закону збереження енергії. Електростатичне поле потенційно. Робота цього поля при переміщенні в ньому заряджених частинок вздовж замкнутого електричного кола дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводжується виділенням енергії - провідник нагрівається. Отже, в ланцюзі повинен бути якесь джерело енергії, який постачає її в ланцюг. У ньому, крім кулонівських сил, обов'язково повинні діяти сторонні, непотенціальні сили. Робота цих сил уздовж замкнутого контуру повинна бути відмінна від нуля. Саме в процесі здійснення роботи цими силами заряджені частинки набувають всередині джерела струму енергію і віддають її потім провідникам електричного кола.
Сторонні сили надають руху заряджені частинки всередині всіх джерел струму: в генераторах на електростанціях, в гальванічних елементах, акумуляторах і т. Д.
При замиканні ланцюга створюється електричне поле у \u200b\u200bвсіх провідниках ланцюга. Всередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил (Електрони від позитивно зарядженого електрода до негативного), а у зовнішній ланцюга їх приводить в рух електричне поле (див. ріс.15.8).
Природа сторонніх сил. Природа сторонніх сил може бути різноманітною. В генераторах електростанцій сторонні сили - це сили, що діють з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику.
В гальванічному елементі, наприклад елементі Вольта, діють хімічні сили. Елемент Вольта складається з цинкового і мідного електродів, поміщених в розчин сірчаної кислоти. Хімічні сили викликають розчинення цинку в кислоті. У розчин переходять позитивно заряджені іони цинку, а сам цинковий електрод при цьому заряджається негативно. (Мідь дуже мало розчиняється в сірчаної кислоти.) Між цинковим і мідним електродами з'являється різниця потенціалів, яка і обумовлює ток в замкнутому електричному ланцюзі.
Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, званої електрорушійної силою (Скорочено ЕРС).
Електрорушійна сила джерела струму дорівнює відношенню роботи сторонніх сил при переміщенні заряду по замкнутому контуру до величини цього заряду:

Електрорушійну силу, як і напруга, висловлюють в вольтах.
Можна говорити також про електрорушійної силі і на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил (робота по переміщенню одиничного заряду) не в усьому контурі, а тільки на даній ділянці. Електрорушійна сила гальванічного елемента є величина, що чисельно дорівнює роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил не може бути виражена через різницю потенціалів, так як сторонні сили непотенційного і їх робота залежить від форми траєкторії переміщення зарядів. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клемами джерела струму поза самого джерела дорівнює нулю.
Тепер ви знаєте, що таке ЕРС. Якщо на батарейці написано 1,5 В, то це означає, що сторонні сили (хімічні в даному випадку) здійснюють роботу 1,5 Дж при переміщенні заряду в 1 Кл від одного полюса батарейки до іншого. Постійний струм не може існувати в замкнутому ланцюзі, якщо в ній не діють сторонні сили, т. Е. Немає ЕРС.

???
1. Чому електричне поле заряджених частинок (кулоновское поле) не здатна підтримувати постійний електричний струм в ланцюзі?
2. Які сили прийнято називати сторонніми?
3. Що називають електрорушійної силою?

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотскій, Фізика 10 клас

Онлайн бібліотека з підручниками і книгами з фізики, плани-конспекти уроків з усіх предметів, завдання з фізики для 10 класу

зміст уроку конспект уроку опорний каркас презентація уроку акселеративного методи інтерактивні технології Практика завдання і вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів ілюстрації аудіо-, відео- та мультимедіа фотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати додатки реферати статті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні і додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроків виправлення помилок в підручнику оновлення фрагмента в підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку,

Електрорушійна сила (скор. - ЕРС) - величина, що характеризує джерело енергії в електричному ланцюзі, необхідний для підтримки в ній електричного струму. ЕРС чисельно дорівнює роботі по переміщенню одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого кола. повна ЕРС в ланцюзі постійного струму дорівнює різниці потенціалів на кінцях розімкнутої ланцюга. ЕРС індукції створюється вихровим електричне поле, що породжується змінним магнітним полем. В системі "СІ" вимірюється в вольтах.

Потенційні сили електростатичного (або стаціонарного) поля не можуть підтримувати постійний струм в ланцюзі, т. К. Робота цих сил на замкнутому шляху дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводжується виділенням енергії - нагріванням провідників. Сторонні сили надають руху заряджені частинки всередині джерел струму: генераторів, гальванічних елементів, акумуляторів і т. Д. Походження сторонніх сил може бути різним. В генераторах сторонні сили - це сили з боку вихрового електричного поля, що виникає при зміні магнітного поля з часом, або сила Лоренца, що діє з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику; в гальванічних елементах і акумуляторах - це хімічні сили і т. д. ЕРС визначає силу струму в ланцюзі при заданому її опорі. Вимірюється ЕРС, як і напруга, в вольтах.

джерела

• Калашников С. Г. Електрика. - 4 изд .. - М .: 1977.
• Тамм І. Е. Основи теорії електрики ,. - 9 изд .. - М .: 1 976.

Електрорушійна сила (ЕРС; ε) - величина, що характеризує джерело енергії неелектростатіческой природи в електричному ланцюзі, необхідний для підтримки в ній електричного струму. Потенційні сили електростатичного (або стаціонарного) поля не можуть підтримувати постійний струм в ланцюзі. Для підтримки в ланцюзі безперервного струму необхідний, або генератор електричного струму, що забезпечує дію сторонніх сил. Сторонні сили мають неелектростатіческое походження і діють всередині джерел струму, (генераторів, гальванічних елементів, акумуляторів і т. Д.), Створюючи різницю потенціалів між кінцями решти ланцюга і приводячи в рух заряджені частинки всередині джерел струму.

Так як при переміщенні електричного заряду по замкнутому ланцюзі робота, що здійснюються електростатичними силами, дорівнює нулю, то заряд переміщається лише під дією сторонніх сил. Тому електрорушійна сила джерела струму буде чисельно дорівнює роботі сторонніх сил А в джерелах постійного або змінного струму по переміщенню одиничного позитивного заряду Q уздовж замкненого кола. ЕРС, яка діє в ланцюзі, визначається як циркуляція вектора напруженості сторонніх сил.

Походження сторонніх сил може бути різним. Як міри електрорушійної сили, що діє в генераторі, приймають різницю потенціалів, що створюється на затискачах разомкнутого генератора. Один і той же джерело струму, в залежності від сили відбирається струму, може володіти різною напругою на електродах. Джерела струму - акумулятори, термоелементи, електричні генератори - одночасно замикають електричний ланцюг. Струм тече по зовнішній частині кола - провідникові і по внутрішній - джерела струму. Джерело струму має два полюси: позитивний (з більш високим потенціалом) і негативний (з більш низьким потенціалом). Сторонні сили, природа яких може бути різною (хімічної, механічної, теплової), поділяють заряди в джерелі струму. повна ЕРС в ланцюзі постійного струму (максимальне з цих напруг, що існує при розімкнутому ланцюзі), дорівнює різниці потенціалів на кінцях розімкнутої ланцюга і показує ЕРС джерела.

ЕРС визначає силу струму в ланцюзі при заданому її опорі (Ома закон). Вимірюється ЕРС, як і напруга, в вольтах. Для підтримки безперервного електричного струму використовуються генератори, які є джерелом електрорушійної сили. В генераторах сторонні сили - це сили з боку вихрового електричного поля, що виникає при зміні магнітного поля з часом, або Лоренца сила, що діє з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику; в гальванічних елементах і акумуляторах - це хімічні сили.

І яка її взаємозв'язок з іншими параметрами Відразу відзначимо, незважаючи на те, що в повсякденному житті ми все успішно використовуємо електричні прилади, Багато законів були виведені дослідним шляхом і прийняті за аксіому. Це одна з причин зайвого ускладнення визначень. На жаль, навіть електрорушійна сила, ця основа електротехніки, висвітлюється так, що людині, незнайомому з електрикою, зрозуміти що-небудь досить складно. Пояснимо це питання за допомогою зрозумілих кожному термінів і прикладів.

Направлений рух заряджених частинок в провіднику носить назву «електричний струм». Як відомо, всі предмети нашого матеріального світу складаються з атомів. Для спрощення розуміння можна вважати, що кожен атом представлений у вигляді зменшеної в мільйони разів в центрі розташовано ядро, а на різній відстані від нього по кругових орбітах обертаються електрони.

За допомогою будь-якого зовнішнього впливу в провіднику, що утворює замкнутий контур, створюється електрорушійна сила і виникає Вплив «вибиває» валентні електрони з їх орбіт в атомах, тому утворюються вільні електрони і позитивно заряджені іони.

Електрорушійна сила необхідна для того, щоб «примусити» заряди постійно рухатися по провіднику і елементам ланцюга в певному напрямку. Без неї струм практично миттєво згасає. Розібратися в тому, що ж таке електрорушійна сила, дозволить порівняння електрики з водою. Пряма ділянка труби - це провідник. Двома своїми сторонами вона виходить у водойми. До тих пір, поки рівні води в водоймах рівні і відсутній ухил, рідина, що знаходиться в трубі, нерухома.

Очевидно, змусити її рухатися можна трьома способами: створити перепад висот (ухилом або кількістю рідини в водоймах) або примусово прокачувати. Важливий момент: якщо говорити про перепаді висот то мається на увазі напруга. Для ЕРС же рух «примусово», так як сторонні сили, що впливають, непотенційного.

Будь-яке джерело електричного струму має ЕРС - тієї самої силою, яка підтримує рух заряджених частинок (в наведеній аналогії змушує воду рухатися). Вимірюється в вольтах. Назва говорить сама за себе: ЕРС характеризує роботу доданих до ділянки кола сторонніх сил, що виконують переміщення кожного одиничного заряду від одного полюса до іншого (між клемами). Вона чисельно дорівнює відношенню роботи прикладених сторонніх сил до величини переміщуваного заряду.

Побічно необхідність в джерелі ЕРС можна вивести із закону збереження енергії і властивостей провідника зі струмом. У замкнутому ланцюзі робота поля по переміщенню зарядів дорівнює нулю. Однак провідник нагрівається (причому тим сильніше, чим більший струм по ньому проходить в одиницю часу). Висновок: в ланцюзі повинна бути присутнім частка сторонньої енергії. Зазначені сторонні сили - це магнітне поле в генераторах, постійно збудливу електрони; енергія хімічних реакцій в батареях.

Електрорушійна сила індукції була вперше виявлена \u200b\u200bекспериментальним шляхом в 1831 році Він встановив, що в провіднику, пронизує лініями напруженості змінюється магнітного поля, виникає електричний струм. Вплив поля повідомляє зовнішнім електронам в атомах відсутню їм енергію, в результаті чого вони відриваються і починають рухатися (з'являється струм). Звичайно, безпосереднього руху частинок не існує (як тут не згадати про відносність аксіом електротехніки). Швидше, має місце обмін частками між найближчими атомами.

Розвиваємо електрорушійна сила - це внутрішня характеристика будь-якого джерела живлення.